JP2006127797A - Microwave electrodeless discharge lamp device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波無電極放電ランプ装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave electrodeless discharge lamp apparatus.
マイクロ波無電極放電ランプ装置に関する従来例としては、例えば特許2512967
号公報に示されるものがある。このものは、マイクロ波空洞内に放電管を備え、マイクロ波により放電管内のプラズマ媒体を放電発光させ、この発光を上記マイクロ波空洞外に放射させるマイクロ波放電光源装置において、上記放電管の管壁の一部を上記マイクロ波空洞外に露出させ、上記管壁の一部を温度制御するコントローラを備えたものである。そして、この構成によりマイクロ波空洞の外に設けられた放電管の管壁の一部が加熱又は冷却され、水銀蒸気圧が最適にコントロールされることにより水銀の共鳴線を効率良く発光することができると記載されている。
There are those shown in the Gazette. In this microwave discharge light source device, which includes a discharge tube in a microwave cavity, discharges the plasma medium in the discharge tube by microwaves, and emits the emitted light outside the microwave cavity, the tube of the discharge tube A part of the wall is exposed outside the microwave cavity, and a controller is provided to control the temperature of the part of the tube wall. With this configuration, a part of the tube wall of the discharge tube provided outside the microwave cavity is heated or cooled, and the mercury vapor pressure is optimally controlled to efficiently emit mercury resonance lines. It is stated that it can be done.
ところで、マイクロ波無電極放電ランプ内には、水銀及びバッファガスが一般に封入されている。このバッファガスが所定の値になると、放電ランプ内のプラズマが広がり易くなることにより水銀溜めの部分にまでプラズマが進入し水銀溜めが加熱される。上記従来例のように管壁の一部を温度制御するコントローラを設置している場合には、水銀溜めの温度を適正な値に制御することができるが、コントローラを設置しない場合には、水銀溜めが加熱されて水銀蒸気圧が過度に増加することにより、放電ランプの発光効率が低下することが懸念される。 By the way, mercury and a buffer gas are generally enclosed in a microwave electrodeless discharge lamp. When the buffer gas reaches a predetermined value, the plasma in the discharge lamp easily spreads, so that the plasma enters the mercury reservoir and the mercury reservoir is heated. If a controller that controls the temperature of a part of the pipe wall is installed as in the conventional example above, the mercury reservoir temperature can be controlled to an appropriate value. There is a concern that the luminous efficiency of the discharge lamp may be reduced by excessively increasing the mercury vapor pressure by heating the reservoir.
本発明は、このような課題を鑑みてなしたものであって、その目的とするところは、温度コントローラを用いない場合において、放電ランプの発光効率の低下を抑制することのできるマイクロ波無電極放電ランプ装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a microwaveless electrode capable of suppressing a decrease in luminous efficiency of a discharge lamp when a temperature controller is not used. A discharge lamp device is provided.
請求項1に係る発明は、マイクロ波エネルギーを発生するマイクロ波発振器と、マイクロ波発振器が生成したマイクロ波に対して非透過性となるマイクロ波共振器と、マイクロ波共振器内に設置されマイクロ波共振器の外部に突出する水銀溜めを有する放電ランプと、を備えるマイクロ波無電極放電ランプ装置において、水銀溜めの放電空間内に放電空間断面積を小さくする誘電体を設置したことを特徴とする。
The invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1において、誘電体はアルミナガラス繊維から成ることを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1記載の発明において、前記水銀溜めの周囲に金属筒を設けたことを特徴とする。
The invention according to
請求項4に係る発明は、請求項1記載の発明において、前記水銀溜めの少なくとも一部を、放電ランプの軸方向に対して略直交するように形成したことを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、水銀溜めの放電空間内に放電空間断面積を小さくする誘電体を設置したことにより、プラズマの水銀溜めへの拡散が押さえられ、プラズマによる水銀溜めの加熱が抑制される。これにより、放電ランプの発光効率の低下を抑制することが可能となる。 According to the present invention, by installing the dielectric for reducing the discharge space cross-sectional area in the discharge space of the mercury reservoir, the diffusion of the plasma into the mercury reservoir is suppressed, and the heating of the mercury reservoir by the plasma is suppressed. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the luminous efficiency of the discharge lamp.
(第1の実施形態)
本実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。図1(a)は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図であり、図1(b)は(a)のX―X‘で切ったマイクロ波共振器及び放電ランプの断面図である。図2は、放電ランプ内に封入したアルゴンガス圧と拡散プラズマ長さの関係を示すグラフである。
(First embodiment)
The present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a cross-sectional view of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus of the present embodiment, and FIG. 1B is a cross-section of the microwave resonator and the discharge lamp cut along XX ′ in FIG. FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the argon gas pressure enclosed in the discharge lamp and the diffusion plasma length.
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、図1(a)に示すようにマイクロ波を発生するマイクロ波発振器1と、マイクロ波発振器1から発振されたマイクロ波を所望の方向に導く導波管2と、マイクロ波発振器1が生成したマイクロ波に対して非透過性となるマイクロ波共振器3と、マイクロ波共振器3内に設置された放電ランプ4と、を備えている。以下、具体的に説明する。
The microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to the present embodiment includes a
マイクロ波発振器1は、例えば周波数が2.45GHzのマイクロ波を出力するマグネトロンからなり、その出力端にはマイクロ波発振器1から発振されたマイクロ波を効率良く所望の方向に伝達する導波管2が接続されている。そして導波管2は、導波管2内を伝搬するマイクロ波と共振するマイクロ波共振器3の供給口5にも接続されている。マイクロ波共振器3は、例えば金属板を加工することにより得られる筐体であり、図1(b)の断面視において上底が107mm、下底66mm、高さ60mmの台形形状であり、奥行き、即ち図1(a)の幅に相当する長さが540mmとなっている。これらの諸寸法は、2.45GHzのマイクロ波に対して良好な点灯状態となる条件となっている。マイクロ波共振器3は図1紙面上における上方に、光が出射される開口6を有し、その開口6はメッシュ状の金網7で覆われている。金網7は、放電ランプ4から放射される紫外線は透過するがマイクロ波を透過しない程度のメッシュ寸法で形成されている。マイクロ波共振器3内部には、マイクロ波によって点灯する放電ランプ4が設置されている。放電ランプ4は、石英ガラスで形成され外径が50mm、長さが500mmの直管タイプのものである。放電ランプ4の両端には、外径が6mm、長さ60mmのサイズで放電ランプ4の軸方向に対して水平に突出し、マイクロ波共振器3を貫通する水銀溜め8が形成されており、水銀溜め8の放電空間内に放電空間断面積を小さくする誘電体であるアルミナガラス繊維10を設置している。また、放電ランプ4内には水銀9及び希ガスであるアルゴンガスが封入されている。
The
以上の構成において、マイクロ波発振器3が2.45GHzのマイクロ波を導波管2に向けて照射すると、導波管2に照射されたマイクロ波は、供給口5を介してマイクロ波共振器3に導入される。マイクロ波共振器3に導入されたマイクロ波は、マイクロ波共振器3の内壁で反射されて共振して定在波が発生する。この定在波の腹の部分で電界強度が最も高くなり、この電界によって放電ランプ4内に放電が発生し、放電の発生により励起された水銀から254nm及び185nmの紫外線が放射される。放電ランプ4から放射された紫外線は、マイクロ波共振器3の開口6に設けた金網7を透過して外部に放出される。
In the above configuration, when the
ここで、放電ランプ4内の放電によって発生するプラズマの長さ即ち拡散プラズマ長さ
と希ガスであるアルゴンガス圧との関係に着目すると、図2に示すように、アルゴンガス圧が1〜5torrの範囲で拡散プラズマの長さが大きくなり、アルゴンガス圧が2〜3torrで70mmと極大値を示す。すなわち、アルゴンガス圧が1〜5torrの範囲ではプラズマが拡散し易くなる。この場合、放電ランプ4で発生したプラズマは、放電ランプ4のみでなく水銀溜め8の部分にまで拡散しようとするが、水銀溜め8の部分には実質的に放電空間断面積を小さくする誘電体であるアルミナガラス繊維10が設置されていることにより、アルミナガラス繊維10の表面でプラズマを構成する電子とイオンが再結合し、プラズマの水銀溜め8への拡散が抑制される。これにより、プラズマによる水銀溜め8の加熱が防止でき、放電ランプ4の発光効率の低下を抑制することが可能となる。また、水銀溜め8がマイクロ波共振器3を貫通するようにしており、水銀溜め8で放電ランプ4を支持するようにすることもできる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態を図3及び図4に基づいて説明する。図3は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。図4は、本実施形態の別例に係るマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
Here, paying attention to the relationship between the length of the plasma generated by the discharge in the
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view of the microwave electrodeless discharge lamp device of the present embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view of a microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to another example of the present embodiment.
本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置は、水銀溜め8の周囲に、水銀溜め8を覆う金属筒11を設けた点が第1の実施形態と異なる。金属筒11の径は7mmと水銀溜め8の径に比して若干大きくなっており、マイクロ波共振器3に電気的に接続されている。
The microwave electrodeless discharge lamp device of this embodiment is different from that of the first embodiment in that a
金属筒11は一種の導波管とみることができるが、この金属筒11を設けた場合、金属筒11の径固有の遮断波長が存在することになる。すなわち、2.45GHzのマイクロ波の場合、径は70mm以下で所定の長さを有する金属筒11はマイクロ波を伝達しなくなる。これにより、水銀溜め8の周囲から漏れ出るマイクロ波が小さくなり、安全性を高めることができる。
Although the
また、図4に示すように水銀溜め8を覆うキャップ状の金属体12を設置することにより、マイクロ波の外部への拡散を更に抑制することができる。ここで、金属体12として金網を用いると空気が金網内を通過するため、水銀溜め8を冷却することができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態を図5及び図6に基づいて説明する。図5は、本実施形態のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。図6は、本実施形態に係る別例のマイクロ波無電極放電ランプ装置の断面図である。
In addition, as shown in FIG. 4, by installing a cap-shaped
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a cross-sectional view of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus of the present embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of another example of the microwave electrodeless discharge lamp apparatus according to this embodiment.
本実施形態においては、水銀溜め8の一部又は全体を放電ランプ4の軸に対して略直交するようにした点が第1の実施形態と異なる。
This embodiment is different from the first embodiment in that a part or the whole of the
具体的には、図5に示すように、放電ランプ4の側面、即ち図5の紙面上での下方に水銀溜め8を設け、水銀溜め8の全体が放電ランプ4の軸に対して略直交するように設置している。
Specifically, as shown in FIG. 5, a
これにより、放電ランプ4のの中央付近で発生したプラズマは、放電ランプ4の両端の方向に向かって拡散するが、その拡散の方向に対して水銀溜め8が略直交しているためプラズマの拡散が妨げられることになる。すなわち、水銀溜め内にプラズマが入りにくくなり、これにより水銀溜め8が加熱されにくくなるのである。
Thereby, the plasma generated in the vicinity of the center of the
なお、図5においては、放電ランプ4の側面に水銀溜め8を設けたが、図6に示すように放電ランプ4の端に水銀溜め8を設け、その先端近傍のみを放電ランプ4の軸に対して直交するL字形状にしてもよい。
In FIG. 5, the
なお、以上の実施形態では、放電空間断面積を小さくする誘電体としてアルミナガラス繊維11を用いたが、孔を有するアルミナ棒や筒状の石英ガラスでもよい。また、水銀溜め8を2つ設けるようにしたが、1つであってもよい。さらにまた、水銀溜め8を放電ランプ4の中心軸からずれた位置に設置するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
1 マイクロ波発振器
2 導波管
3 マイクロ波共振器
4 放電ランプ
5 供給口
6 開口
7 金網
8 水銀溜め
9 水銀
10 アルミナガラス繊維
11 金属筒
12 金属体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004311203A JP2006127797A (en) | 2004-10-26 | 2004-10-26 | Microwave electrodeless discharge lamp device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007220457A (en) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Toppan Printing Co Ltd | Plasma light-emitting device |
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2004
- 2004-10-26 JP JP2004311203A patent/JP2006127797A/en active Pending
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